Datenbanksysteme: Konzeptionelle Datenmodellierung und Datenbankarchitekturen

378 Pages·1994·13.512 MB·German

by  Professor Dr. Roland Gabriel, Dr. Heinz-Peter Röhrs (auth.)

Springer-Lehrbuch
Roland Gabriel
Heinz-Peter Rohrs
Datenbanksysteme
Konzeptionelle Datenmodellierung
und Datenbankarchitekturen
Mit 134 Abbildungen
Springer-Verlag
Berlin Heidelberg New York
London Paris Tokyo
Hong Kong Barcelona
Budapest
Professor Dr. Roland Gabriel
Ruhr-Universitiit Boehurn
Fakultlit fiir Wirtsehaftswissensehaft
UniversitiitsstraBe 150
0-44801 Boehurn
Dr. Heinz-Peter Rohrs
KonigstraBe 108
0-41564 Kaarst
ISBN-13: 978-3-540-57695-2 e-ISBN-13: 978-3-642-97556-1
DOl: 10.1007/978-3-642-97556-1
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© Springer-Verlag Berlin· Heidelberg 1994
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4217130-543210-Gedruckt auf saurefreiem Papier
Vorwort
Die schnelle Verfugbarkeit der relevanten Information und die komfortablen
AuswertungsmOglichkeiten der Information sind ffir jedes Unternehmen eine not
wendige Bedingung ffir ein erfolgreiches Arbeiten in einem stark wettbewerbs
orientierten Markt. Leistungsfliliige Computertechnologien mit ihren vielfiUtigen,
benutzerfreundlichen Informationsverarbeitungs- und KommunikationsmOglich
keiten bieten eine hervorragende Unterstutzung, urn die betriebswirtschaftlichen
Ziele der Unternehmen in effIzienter und effektiver Form zu erreichen.
Der Fortschritt bei den Informations- und Kommunikationstechnologien ftihrte
in den letzten Jahren zu einer wachsenden Dynamik der Hard- und Software
mru-kte. Trotz moderner Hardwaretechniken, wie z.B. Workstations, RISC
Systeme, Parallelcomputer, ISDN-Anlagen und Lokale Netze, und anspruchs
voller Softwaresysteme mit komfortablen Benutzerschnittstellen, die sich immer
stnrker auf Wissensbasierte Systeme stutzen, wie z.B. Expertensysteme, Nattir
lichsprachliche Systeme oder Bildverarbeitende Systeme, haben die schon relativ
"alten" Datenbanksysteme immer noch einen hohen Stellenwert in der
praktischen Anwendung. Die neuen Technologien werden selbstverstitndlich
beim Aufbau heutiger Datenbanksysteme genutzt, moderne Konzepte der
Datenmodellierung und der Datenbankarchitekturen werden in modernen
Systemen berticksichtigt und in der Praxis eingesetzt. Schon sehr frtih in der
noch jungen Computergeschichte worden die Vorteile eines Datenbanksystems
erkannt und ihr Einsatz in der Praxis realisiert Da in Industrie und Verwaltung
der Zugriff auf groBe Informationsmengen und ihre Auswertung nach
unterschiedlichen Kriterien stets gegeben sind, nahmen die Datenbanksysteme
sehr schnell eine zentrale Rolle in der betrieblichen Datenverarbeitung ein.
Der erfolgreiche Einsatz eines Datenbanksystems in der Praxis ist davon
abhllngig, inwieweit es gelingt, das gegebene Informationsproblem in einem
Datenmodell abzubilden, das dann auf einem Rechner implementiert wird und in
vielfiUtiger Form genutzt werden kann. Da in letzter Zeit immer umfangreichere
und auch komplexere Informationsprobleme mit Hilfe eines Datenbanksystems
gelOst werden sollen, ist ein systematischer Aufbau eine notwendige Vor
aussetzung. 1m vorliegenden ersten Band einer zweiteiligen Lehrbuchreihe
- beide Bande kOnnen unabhllngig voneinander gelesen und bearbeitet werden -
stehen somit auch die Informationsstrukturierung und die konzeptionelle
Datenmodellierung im Vordergrund, die einer datenorientierten Vorgehensweise
bei der Entwicklung einer Datenbank entsprechen. Ziel ist dabei der Aufbau
eines unternehmensweiten Datenmodells (Unternehmensdatenmodell), der in
Teil A abschlieBend behandelt wird. Danach werden in Teil B die wichtigsten
Grundlagen der Datenbanksysteme vermittelt, wobei vor allem die Daten
bankarchitektor vorgestellt und die Probleme der Datenintegritlit und des Daten
schutzes diskutiert werden. Grundlage ffir das Verstitndnis des Aufbaus und der
VI
Arbeitsweise eines Datenbanksystems bildet eine Einfiihrung in die elementare
Datenorganisation.
Ein zweiter Band behandelt einen in sich geschlossenen Problembereich; er
befaBt sich in Teil emit der Entwicidung, der Auswahl, der Integration und dem
Einsatz von Datenbanksystemen (Data Engineering-Proze8). Hier werden die
unterschiedlichen Entwicidungsanslltze, wie z.B. die datenorientierte,
funktionsorientierte, datenfluBorientierte, integrierende und objektorientierte
Vorgehensweise diskutiert. Da Datenbanksysteme, die bereits seit den 50er
Jahren genutzt werden, sUlndig weiterentwickelt werden, werden in Teil D neue
Konzepte der Informationsspeicherung und moderne Datenbankarchitekturen
vorgestellt.
Der vorliegende erste und auch der folgende (in KOrze erscheinende) zweite
Band sind aus Lehrveranstaltungen an Hochschulen und aus langj1lbrigen Er
fahrungen mit groBen Datenbanksystemen in der betrieblichen Praxis entstanden.
Beide BAnde kOnnen getrennt voneinander bearbeitet werden und entsprechen
jeweils einer Lehrveranstaltung aber Zweisemesterwochenstunden, die sich z.B.
bezeichnen lassen als
• Datenbanksysteme I: KonzeptioneHe Datenmodellierung und Datenbank
architekturen
und
• Datenbanksysteme II: Entwicidung, Auswahl und Einsatz von Datenbank
systemen.
1m Vordergrund stehen stets konkrete Anwendungsbeispiele, mit deren Hilfe
die theoretischen ZusammenhAnge erll1utert werden. Jedes Kapitel schlie8t mit
Ubungsaufgaben und der Angabe ausgewl1hlter Literaturquellen abo
Das Buch wird vor aHem den Studentinnen und Studenten der Wirtschaftsin
formatik empfohlen, in deren Studium die Datenbanksysteme und insbesondere
die Datenmodellierung eine bedeutende Rolle spielen. Den Praktikem soli das
Werk zur besseren DurchfUhrung ihrer Datenbank-Aufgaben und zur efflZienten
und wirtschaftlichen U)sung der Datenbank-Probleme dienen.
Die Autoren, die von der Hochschule und aus der Praxis kommen, mOchten sich
bei den studentischen Hilfskrliften, Frau cando rer. oec. Gabriele SchrOder und
den Herren cando rer. oec. Wolfgang Laps und Frank Zentara bedanken. Sie
haben mit gro8em Flei8 fOr die Textverarbeitung und ErsteHung der Graftlren die
Verantwortung llbemommen. Eine hervorragende Unterstlltzung fanden wir auch
bei der Sekretllrin des Lehrstuhls Frau Beate Preu8, bei der wir uns auch recht
herzlich bedanken.
Bochum und Kaarst, im Herbst 1993 Roland Gabriel
Heinz-Peter ROhrs
Inhaltsverzeichnis
Vorwort .............................................................................................................. v
o
Einleitung ................................................................................. 1
0.1 Die Bedeutung der "Konzeptionellen Datenmodellierung" und
des Einsatzes von Datenbanken in der betrieblichen Praxis
-Grundlegende Begriffserklarungen ...................................................... 1
0.2 Beispiele unterschied1icher Anwendungsbereiche von
Datenbanksystemen ............................................................................... 8
0.3 Ziele des Buches und Vorgehensweise ................................................. 12
0.4 Vorstellung eines ausgewlihlten Anwendungsbeispiels als
Erkllirungsbeispiel: die Datenbank einer Volkshochschule ................... 16
0.5 Ubungsaujgaben zu den grundlegenden Begriffen der
I njo171'llJtionsverarbeitung ..................................................................... 19
0.6 Ausgewiihlte Literatur zu Kapitel 0 ...................................................... 20
VIII
Teil A Informationsstrukturierung und
konzeptionelle Datenmodellierung
1 Das Unternehmen als informationsverarbeitendes System .. 23
1.1 Informations-und Kommunikationssysteme im Bilrobereich ................ 24
1.2 DurchfUhrung betrieblicher Aufgabenstellungen mit Hilfe
computergestiitzter Anwendungs- und Informationssysteme ................. 30
1.3 Entwicklung und Einsatz betrieblicher Anwendungs-
und Informationssysteme ..................................................................... 34
1.4 Ubungsaufgaben zur Entwicklung und zum Aufbau computer-
gestutzter Informations- und Kommunikationssysteme .......................... 40
1.5 Ausgewiihlte Literatur zu Kapitel 1 ..................................................... .41
2 Systematische Informations- und
Kommunikationsstrukturierung ........................................... 43
2.1 Bildung von Informationsobjekten und -klassen ................................... 44
2.1.1 Rea1itiitsausschnitt "Anmeldeformular" ...................................... .44
2.1.2 Informationsobjekte, Merkmale und Merkmalsklassen ................ 46
2.1.3 Informationsobjektklassen und ihre Darstellung ......................... .48
2.1.4 IdentifIkation von Informationsobjekten ...................................... 51
2.1.5 Relevanz von Informationsobjekten und Merkmalsklassen .......... 52
2.1.6 Aggregation und Behandiung fehlender Merkmale ...................... 54
2.1.7 Atomizitiit der Merkmale und Wiederholgruppen ........................ 56
2.1.8 Konstruktive Vorgehensweise und Namensvergabe ..................... 58
2.1.9 Zusammenfassung der Bildung von Informations-
objekten (lOs) bzw. -klassen (IOKs) ............................................ 60
IX
2.2 VerknOpfungen von Informationsobjektklassen .................................... 61
2.2.1 VerknOpfung: Begriff und Darstellung ........................................ 61
2.2.2 Qualifizierung und Typisierung von VerknOpfungen ................... 65
2.2.3 Darstellungsaltemativen bei komplexen Beziehungen ................. 70
2.2.4 Relevanz von VerknOpfungen ...................................................... 72
2.2.5 Merkmalsklassenzuordnung bei verknOpften
Informationsobjektklassen ........................................................... 72
2.2.6 Konstruktive Vorgehensweise ...................................................... 80
2.2.7 Zusammenfassung der VerknOpfungen von
Informationsobjektklassen (IOKs) ............................................... 82
2.3 Entwicklung eines Informations- und Kommunikationsstruktur-
modells (lKSM) ................................................................................... 83
2.3.1 Das Informationsstrukturmodell (ISM) ........................................ 84
2.3.2 Das Funktionsstrukturmodell (FSM) ............................................ 85
2.3.3 Das Kommunikationsstrukturmodell (KSM) ................................ 89
2.3.4 Die Zusammenfassung der Komponenten zu einem Infor-
mations- und Kommunikationsstrukturmodell (lKSM) ................ 93
2.3.5 Das allgemeine Konzept eines computergestOtzten Infor-
mations- und Kommunikationssystems (lKS) .............................. 95
2.4 Ubungsaufgaben zur Informations- und Kommunikations-
strukturierung ...................................................................................... 99
2.5 Ausgewiihlte Literatur zu Kapitel2 .................................................... 102
3 Konzeptionelle Datenmodellierung ...................................... 10 3
3.1 Begriffserklarung und Abgrenzung zur Informations- und
Kommunikationsstrukturierung ......................................................... 104
3.2 Datenobjekte ...................................................................................... 108
3.3 Datenmodelle ..................................................................................... 114
x
3.3.1 Das Relationenmodell ................................................................ 114
3.3.1.1 Objekte des Relationenmodells und Tabellen-
darstellung ................................................................... 115
3.3.1.2 Durchffihrung der Normalisierung
(Normalformenlehre) .................................................... 123
3.3.1.3 Arbeiten mit Relationen (Relationenalgebra) ................ 132
3.3.2 Netzwerkmodelle ...........................................................•........... 135
3.3.2.1 Allgemeine graphentheoretische Grundlagen. ............... 136
3.3.2.2 Das CODASYL-Modell ................................................ 142
3.3.2.3 Das hierarchische Datenmodell .................................... 154
3.3.3 Objektorientierte Datenmodelle -ein Oberblick ......................... 156
3.4 Konzeption eines Metadatenmodells: das Data Dictionary-System ..... 158
3.4.1 BegriffserkUirung und Einsatzziele ............................................ 158
3.4.2 Autbau eines DD-Systems und KlassiflZierung .......................... 159
3.4.3 Funktionen der DD-Systeme ...................................................... 162
3.4.4 Beispiel eines DD-Reports ......................................................... 165
3.5 Ubungsau!gaben zur konzeptionellen Datenmodellierung .................. 167
3.6 Ausgewahlte Literatur zu Kapitel 3 .................................................... 169
4 Entwicklung eines Unternehmensdatenmodells .................. 171
4.1 Darstellungsmoglichkeiten von Untemehmensmodellen .................... 172
4.2 Computergestiitzte untemehmensweite integrierte
Informationsmodelle .......................................................................... 176
4.3 Auibau von Untemehmensdatenmodellen (UDM)
und ihre Leistungspotentiale .............................................................. 178
4.4 Anwendungsarchitekturen von Untemehmensmodellen ..................... 180
4.5 Ubungsau!gaben zum Aujbau lion Unternehmensdatenmodellen ........ 183
4.6 Ausgewahlte Literatur zu Kapitel4 .................................................... 184